KR101991231B1 - Solid state battery with offset geometry - Google Patents

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Abstract

일 실시예에서, 고체 상태 배터리는 제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택, 제 1 애노드 바로 아래에 위치된 제 1 기저부를 포함하고, 제 1 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 1 측면 연장부를 포함하는 제 1 기저층, 제 1 기저층 아래에 있고 제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택, 제 2 애노드 바로 아래에 위치된 제 2 기저부를 포함하고, 제 2 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 2 측면 연장부를 포함하는 제 2 기저층으로서, 제 2 기저부는 제 1 측면 연장부를 넘어서 측면으로 연장하는, 상기 제 2 기저층, 및 멀티플렉서로서, (ⅰ) 제 1 측면 연장부를 통해 제 1 기저부와 전기적으로 연결하고, (ⅱ) 제 2 측면 연장부를 통해 제 2 기저부와 전기적으로 연결하는, 상기 멀티플렉서를 포함한다.In one embodiment, the solid state battery comprises a first cell stack comprising a first solid-electrolyte separator positioned between a first cathode and a first anode, a first base located directly below the first anode, A first base layer comprising a first side extension extending laterally beyond the first anode, a second base layer below the first base layer and comprising a second solid-electrolyte separator positioned between the second cathode and the second anode, Stack, a second base layer comprising a second base extending downwardly beyond the second anode and comprising a second base extension located below the second anode, the second base extending beyond the first side extension and laterally (Ii) electrically connecting the first base extension to the second base extension via the second side extension; and (ii) electrically connecting the second base extension to the second base extension via the second side extension. And a, the multiplexer connecting.

Figure R1020167007970
Figure R1020167007970

Description

오프셋 형태를 갖는 고체 상태 배터리{SOLID STATE BATTERY WITH OFFSET GEOMETRY}SOLID STATE BATTERY WITH OFFSET < RTI ID = 0.0 > GEOMETRY < / RTI >

교차 참조Cross-reference

본 출원은 그 전체 내용들이 참조로서 여기에 통합되는 2013년 8월 27일에 출원된 미국 가출원 제 61/870,269 호의 이익을 주장한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 61 / 870,269 filed on August 27, 2013, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 개시는 배터리들 및 특히 고체 상태 배터리들에 관한 것이다.This disclosure relates to batteries and particularly solid state batteries.

재충전 가능한 리튬-이온 배터리들은 다른 전기 화학 에너지 저장 디바이스들에 비해 그들의 높은 비에너지 때문에 휴대용 전자기기들 및 전기 및 하이브리드-전기 차량들에 대해 매력적인 에너지 저장 시스템들이다. 일반적인 Li-이온 셀은 음극, 양극, 및 음극과 양극 사이에 격리판 영역을 포함한다. 두 전극들은 리튬을 삽입하거나 또는 리튬과 가역적으로 반응하는 활성 재료들을 포함한다. 몇몇 경우들에서, 음극은 전기 화학적으로 용해될 수 있고 가역적으로 침착될 수 있는 리튬 금속을 포함할 수 있다. 격리판은 리튬 양이온을 갖는 전해질을 포함하고, 전극들 사이에 물리적 장벽의 역할을 해서, 전극들 중 어느 것도 셀 내에 전자적으로 접속되지 않는다.Rechargeable lithium-ion batteries are attractive energy storage systems for portable electronics and electric and hybrid-electric vehicles due to their high specific energy compared to other electrochemical energy storage devices. A typical Li-ion cell includes a negative electrode, a positive electrode, and a separator region between the negative electrode and the positive electrode. The two electrodes include active materials that insert lithium or react reversibly with lithium. In some cases, the cathode may comprise a lithium metal that can be electrochemically dissolved and reversibly deposited. The separator comprises an electrolyte having lithium cations and serves as a physical barrier between the electrodes so that none of the electrodes are electronically connected within the cell.

일반적으로, 충전 동안, 양극에서 전자들의 생성, 및 음극에서 동등한 양의 전자들의 소비가 존재하고, 이들 전자들은 외부 회로를 통해 수송된다. 셀의 이상적인 충전에서, 양극의 활성 재료로부터 리튬 이온들의 산화를 통해 추출이 존재하기 때문에 이들 전자들은 양극에서 생성되고, 음극의 활성 재료로의 리튬 이온들의 환원이 존재하기 때문에, 전자들은 음극에서 소비된다. 방전 동안, 정확한 반대 반응들이 발생한다.Generally, during charging, there is the generation of electrons at the anode, and the consumption of an equal amount of electrons at the cathode, and these electrons are transported through external circuitry. In ideal charging of cells, these electrons are produced at the anode because of the presence of extraction through oxidation of lithium ions from the active material of the anode, and because there is a reduction of lithium ions to the cathode active material, electrons are consumed at the cathode do. During the discharge, exact opposite reactions occur.

리튬 금속 음극을 갖는 배터리들은 종래의 탄소계 음극들을 갖는 배터리들에 비해 특별히 높은 비에너지(Wh/㎏) 및 에너지 밀도(Wh/L)를 제공한다. 그러나, 이러한 시스템들의 주기 수명은 오히려: (a) Li 금속이 박리되고 도금될 때 모든 주기 동안 셀 샌드위치에서 상당한 체적 변경들, (b) 격리판을 관통하고 셀을 단락시키고 및/또는 음극의 단편화 및 용량 손실을 초래할 수 있는, 재충전 동안 덴드라이트들(dendrites)의 형성; (c) 셀에서 큰 전체 체적 변경을 초래하는 연장된 주기에 대한 금속에서 형태 변경들; 및 (d) 몇몇 금속을 절연시키고 및/또는 시간에 걸쳐 셀의 저항을 증가시킬 수 있는 특정한 전해질들에 노출될 때, 금속의 표면에 형성되는 패시베이팅 층의 구조 및 조성의 변경들에 의해 제한된다.Batteries with lithium metal cathodes provide particularly high specific energy (Wh / kg) and energy density (Wh / L) compared to batteries with conventional carbon-based cathodes. However, the cycle life of such systems is rather: (a) significant volume changes in the cell sandwich during all periods when the Li metal is stripped and plated; (b) through the separator, shorting the cell and / And formation of dendrites during recharging, which can lead to loss of capacity; (c) morphological changes in the metal over an extended period resulting in a large overall volume change in the cell; And (d) by altering the structure and composition of the passivating layer formed on the surface of the metal when it is exposed to certain electrolytes which can insulate some metals and / or increase the resistance of the cell over time Is limited.

높은 비용량 음극들, 예컨대 금속이 배터리에 사용될 때, 종래 시스템들에 대해 용량 증가의 최대 이익은 고용량 양극 활성 재료가 또한 사용될 때 실현된다. 예를 들면, 종래의 리튬-삽입 산화물들(예를 들면, LiCoO2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2, Li1.1Ni0.3Co0.3Mn0.3O2)은 일반적으로 ~280 mAh/g(리튬 산화물의 질량에 기초하여)의 이론적인 용량 및 리튬 금속의 비용량, 3863 mAh/g에 비해 매우 낮은 180 내지 250 mAh/g의 실제 용량에 대해 제한된다. 몇몇 실제 주기가 리튬 이온 양극에 대해 달성된 가장 높은 이론적인 용량은 1168 mAh/g(리튬화 재료의 질량에 기초하여)이고, 이는 Li2S 및 Li2O2에 의해 공유된다. 다른 고용량 재료들은 BiF3(303 mAh/g, 리튬화물), FeF3(712 mAh/g, 리튬화물), LiOH·H2O(639 mAh/g), 및 다른 것들을 포함한다. 불행히도, 모든 이들 재료들은 종래의 산화물 양극들에 비하여 더 낮은 전압에서 리튬과 반응하고, 따라서 이론적인 비에너지를 제한한다; 그러나, 이론적인 비에너지들은 여전히 매우 높다(>800Wh/㎏, 리튬 음극 및 종래의 산화물 양극들을 갖는 셀에 대해 최대 ~ 500 Wh/㎏에 비하여).When high non-capacity cathodes, such as metals, are used in batteries, the greatest benefit of capacity increase for conventional systems is realized when high capacity positive electrode active materials are also used. For example, conventional lithium-intercalation oxides (e.g., LiCoO 2 , LiNi 0 .8 Co 0 .15 Al 0 .05 O 2 , Li 1.1 Ni 0.3 Co 0.3 Mn 0.3 O 2 ) The theoretical capacity of the mAh / g (based on the mass of lithium oxide) and the specific capacity of the lithium metal are limited to an actual capacity of 180 to 250 mAh / g, which is very low compared to 3863 mAh / g. The highest theoretical capacity achieved for some of the actual cycles for the lithium ion anode is 1168 mAh / g (based on mass of lithiated material), which is shared by Li 2 S and Li 2 O 2 . Other high capacity materials include BiF 3 (303 mAh / g, Li-freight), FeF 3 (712 mAh / g, Li-freight), LiOH · H 2 O ( 639 mAh / g), and others. Unfortunately, all these materials react with lithium at lower voltages compared to conventional oxide anodes, thus limiting the theoretical specific energy; However, the theoretical specific energies are still very high (> 800 Wh / kg, versus a maximum of ~ 500 Wh / kg for cells with lithium anode and conventional oxide anodes).

도 1은 상이한 비에너지들의 배터리 팩들을 사용하는 차량에 대해 달성 가능한 운행 범위 대 배터리 팩의 중량을 도시하는 차트(2)를 도시한다. 차트(10)에서, 비에너지들은, 셀들의 특정 세트로부터 배터리 팩을 형성하기 위해 50% 중량 증가를 가정하여 셀 패키징 중량을 포함하는 전체 셀에 대한 것이다. 미국 에너지국은 차량 내 위치된 배터리 팩에 대하여 200 ㎏의 중량 제한을 확립했다. 따라서, 단지 약 600 Wh/㎏ 이상을 갖는 배터리 팩만이 300 마일의 운행 범위를 달성할 수 있다.Figure 1 shows a chart (2) showing the achievable operating range versus the weight of the battery pack for a vehicle using battery packs of different specific energies. In chart 10, the specific energies are for the entire cell, including cell packaging weight, assuming a 50% weight increase to form a battery pack from a particular set of cells. The US Department of Energy has established a weight limit of 200 kg for battery packs located in the vehicle. Therefore, only a battery pack having a capacity of about 600 Wh / kg or more can achieve a mileage of 300 miles.

리튬-기반 배터리들은 상당히 높은 비에너지(Wh/㎏) 및 에너지 밀도(Wh/L)를 갖고, 그들이 지금 전기 동력 차량들에서 사용되고 있다. 그러나, 수백 마일들의 운행 범위를 갖는 완전한 전기 차량에 전력을 공급하기 위해, 종래 기술보다 큰 비에너지를 갖는 배터리(그래파이트 애노드 및 전이 금속 산화물 캐소드를 갖는 삽입 시스템)가 필요하다.Lithium-based batteries have fairly high specific energy (Wh / kg) and energy density (Wh / L), and they are now used in electric powered vehicles. However, there is a need for a battery (an insertion system having a graphite anode and a transition metal oxide cathode) having a specific energy greater than that of the prior art, in order to power a complete electric vehicle having a range of operations of several hundred miles.

현재 이용되는 배터리들에 비교할 때 더 높은 비에너지를 제공하는 몇몇 옵션들이 가능하다. 예를 들면, 도 2는 다양한 리튬 기반 화학물들의 비에너지 및 에너지 밀도를 식별하는 차트(4)를 도시한다. 차트(4)에서, 단지 배터리 셀들의 활성 재료들, 집전 장치들, 바인더들, 격리판들, 및 다른 불활성 재료의 중량만이 포함된다. 패키징 중량, 예컨대 탭들, 셀 캔, 등은 포함되지 않는다. 차트(4)로부터 분명한 바와 같이, 리튬 황화물을 형성하기 위해 황을 환원시키는 리튬 금속 음극 및 양극을 사용하는 리튬-황 배터리는 종래 기술보다 상당히 더 높은 비에너지를 갖는다.Several options are available that provide higher specific energy compared to currently used batteries. For example, Figure 2 shows a chart (4) that identifies the specific energy and energy density of the various lithium-based chemicals. In chart 4 only the weight of active materials, power collectors, binders, separators, and other inert materials of the battery cells are included. Packaging weights, such as taps, cell cans, etc., are not included. As can be seen from the chart (4), the lithium metal cathode for reducing sulfur to form lithium sulfide and the lithium-sulfur battery using the anode have considerably higher specific energy than the prior art.

상업적으로 실행가능하게 되기 위해 리튬-황 시스템에 대해 처리되어야 하는 상당한 도전 과제들이 존재한다. 중요한 도전 과제들은 주기 수명을 증가시키는 것(종래 기술은 100 내지 수백 주기들이고; 목표는 >500이고, 바람직하게는 >2000이다), 황의 활용을 증가시키는 것(전자적으로 절연되어 있는 Li2S 또는 Li2S2에 의한 양극의 패시베이션에 의해 일반적인 이용은 75% 이하이다), 양극에서 황의 질량 분율을 증가시키는 것(일반적으로 질량 분율은 50% 이하이다), 및 셀의 레이트 성능을 증가시키는 것(타깃 방전 레이트는 1C 이상이다)을 포함한다. 문헌에 기술된 몇몇 Li/S 셀들은 주기 수명, 비에너지, 및 비전력에 대한 목표들의 일부를 충족하면서, 이들 셀들 중 어느 것도 상업적 셀을 실현하기에 요구될 수 있는 문제들 모두를 적절히 처리하지 않는다.There are significant challenges that must be addressed for the lithium-sulfur system to become commercially viable. Important challenges include increasing cycle lifetime (prior art is 100 to several hundred cycles; target is> 500, preferably> 2000), increasing the utilization of sulfur (electronically isolated Li 2 S or Li 2 common use by the passivation of the anode by S 2 is 75% or less), one (generally the mass fraction of increasing the sulfur mass fraction in the anode is 50% or less), and to increase the rate performance of the cell (The target discharge rate is 1C or more). Some of the Li / S cells described in the literature meet some of the goals for cycle life, non-energy, and non-power, while none of these cells adequately deal with all of the problems that may be required to realize a commercial cell Do not.

따라서, 상기 식별된 문제들 중 하나 이상을 처리하는 고체 상태 전기 화학 셀이 필요하다.Thus, there is a need for a solid state electrochemical cell that processes one or more of the identified problems.

일 실시예에 따라, 고체 상태 배터리는 제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체 전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택, 제 1 애노드 바로 아래에 위치된 제 1 기저부를 포함하고 제 1 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 1 측면 연장부를 포함하는 제 1 기저층, 제 2 캐소드 와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 기저층 아래의 제 2 셀 스택, 제 2 애노드 바로 아래에 위치된 제 2 기저부를 포함하고, 제 2 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 2 측면 연장부를 포함하는 제 2 기저층으로서, 제 2 기저부는 제 1 측면 연장부를 넘어서 측면으로 연장하는, 상기 제 2 기저층, 및 멀티플렉서로서, (ⅰ) 제 1 측면 연장부를 통해 상기 제 1 기저부와 전기적으로 연결되고, (ⅱ) 제 2 측면 연장부를 통해 상기 제 2 기저부와 전기적으로 연결되는, 상기 멀티플렉서를 포함한다.According to one embodiment, a solid state battery comprises a first cell stack comprising a first solid electrolyte separator positioned between a first cathode and a first anode, a first base located directly below the first anode, A first base layer comprising a first side extension extending laterally beyond the first anode, a second cell stack below a first base layer comprising a second solid-electrolyte separator positioned between the second cathode and the second anode, A second base layer comprising a second base portion located beneath the second anode and including a second side extension extending laterally beyond the second anode, the second base portion extending laterally beyond the first side extension portion The second base layer, and the multiplexer, wherein: (i) the first base extension is electrically connected to the first base through the first side extension; (ii) Which is connected to the term, and includes the multiplexer.

하나 이상의 실시예들에서, 배터리는 제 1 기저부 위에 위치되고 제 1 애노드의 제 1 측면, 제 1 캐소드의 제 2 측면, 및 제 1 격리판의 제 3 측면을 따라 연장하는 제 1 절연체, 및 제 2 기저부 위에 위치되고 제 2 애노드의 제 4 측면, 제 2 캐소드의 제 5 측면, 및 제 2 격리판의 제 6 측면을 따라 연장하는 제 2 절연체를 포함한다.In one or more embodiments, a battery includes a first insulator located above a first base and extending along a first side of the first anode, a second side of the first cathode, and a third side of the first separator, 2 base, and a second insulator extending along the fourth side of the second anode, the fifth side of the second cathode, and the sixth side of the second separator.

하나 이상의 실시예들에서, 배터리는 제 1 측면 연장부로부터 위쪽으로 연장하는 제 1 전도성 부재, 및 제 2 측면 연장부로부터 위쪽으로 연장하는 제 2 전도성 부재를 포함하고, 멀티플렉서는 제 1 측면 연장부 및 제 1 전도성 부재를 통해 제 1 기저부와 전기적으로 연결되고, 멀티플렉서는 제 2 측면 연장부 및 제 2 전도성 부재를 통해 제 2 기저부와 전기적으로 연결되고, 제 2 절연체는 제 1 전도성 부재와 제 2 전도성 부재 사이에 위치된다.In one or more embodiments, the battery includes a first conductive member extending upwardly from the first side extension and a second conductive member extending upwardly from the second side extension, wherein the multiplexer includes a first side extension And the first insulator is electrically connected to the first base through the first conductive member and the multiplexer is electrically connected to the second base through the second side extension and the second conductive member, Conductive member.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 전도성 부재는 제 1 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분이고, 제 2 전도성 부재는 제 2 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분이다.In one or more embodiments, the first conductive member is a portion extending upwardly of the first base layer and the second conductive member is a portion extending upwardly of the second base layer.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 전도성 부재는 제 1 멀티플렉서 리드이고, 제 2 전도성 부재는 제 2 멀티플렉서 리드이다.In at least one embodiment, the first conductive member is a first multiplexer lead and the second conductive member is a second multiplexer lead.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 셀 스택은 제 1 최대 두께를 갖고, 제 2 셀 스택은 제 2 최대 두께를 갖고, 제 1 최대 두께는 제 2 최대 두께보다 크다.In one or more embodiments, the first cell stack has a first maximum thickness, the second cell stack has a second maximum thickness, and the first maximum thickness is greater than the second maximum thickness.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 측면, 제 2 측면, 및 제 3 측면은 제 1 기저부의 상부면에 수직이다.In at least one embodiment, the first side, the second side, and the third side are perpendicular to the top surface of the first base.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 측면, 제 2 측면, 및 제 3 측면은 제 1 기저부의 상부면에 수직이 아니다.In one or more embodiments, the first side, the second side, and the third side are not perpendicular to the top surface of the first base.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 셀 스택은 제 2 셀 스택과 직렬로 연결된다.In one or more embodiments, the first cell stack is connected in series with the second cell stack.

일 실시예에서, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법은 제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택을 제공하는 단계, 제 1 애노드 바로 아래에 제 1 기저층의 제 1 기저부를 위치시키는 단계로서, 제 1 기저층은 제 1 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 1 측면 연장부를 포함하는, 상기 제 1 기저층의 제 1 기저부를 위치시키는 단계, 제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택을 제공하는 단계, 제 2 애노드 바로 아래에 제 2 기저층의 제 2 기저부를 위치시키는 단계로서, 제 2 기저층은 제 2 애노드를 넘어서 연장하는 제 2 측면 연장부를 포함해서, 제 2 기저부가 제 1 측면 연장부를 넘어서 측면으로 연장하는, 상기 제 2 기저층의 제 2 기저부를 위치시키는 단계, 제 1 기저부를 제 1 측면 연장부를 통해 제 1 측면 연장부 위에 위치된 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계; 및 제 2 기저부를 제 2 측면 연장부를 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하다.In one embodiment, a method of forming a solid state battery includes providing a first cell stack comprising a first solid-electrolyte separator positioned between a first cathode and a first anode, Positioning a first base of the first base layer, the first base layer including a first side extension extending laterally beyond the first anode, positioning the first base of the first base layer, Providing a second cell stack comprising a second solid-electrolyte separator positioned between the first anode and the second anode, positioning a second base of the second base layer directly below the second anode, 2 positioning a second base portion of the second base layer, the second base portion extending laterally beyond the first side extension, including a second side extension extending beyond the anode, Disposing a first base portion to be a first side extending the first side extending portion and electrically connected to the multiplexer located above the through portion; And disposing the second base portion in electrical communication with the multiplexer through the second side extension.

하나 이상의 실시예들에서, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법은, 제 1 기저부 위에 및 제 1 애노드의 제 1 측면, 제 1 캐소드의 제 2 측면, 및 제 1 격리판의 제 3 측면을 따라 제 1 절연체를 위치시키는 단계, 및 제 2 기저부 위에 및 제 2 애노드의 제 4 측면, 제 2 캐소드의 제 5 측면, 및 제 2 격리판의 제 6 측면을 따라 제 2 절연체를 위치시키는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, a method of forming a solid state battery includes the steps of: forming a first solid electrolyte layer on a first base and along a first side of a first anode, a second side of a first cathode, Placing the second insulator along the second base and along the fourth side of the second anode, the fifth side of the second cathode, and the sixth side of the second separator.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 기저부를 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 제 1 측면 연장부와 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 1 전도성 부재를 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고, 제 2 기저부를 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 제 2 기저부를 제 2 측면 연장부와 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 2 전도성 부재를 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고, 제 2 절연체를 위치시키는 단계는 제 1 전도성 부재와 제 2 전도성 부재 사이에 제 2 절연체를 위치시키는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, disposing the first base portion in electrical connection with the multiplexer includes placing the first side extension in electrical communication with the multiplexer through a first conductive member extending between the first side extension and the multiplexer And disposing the second base in electrical communication with the multiplexer includes disposing the second base in electrical communication with the multiplexer through a second conductive member extending between the second side extension and the multiplexer, The step of locating the two insulators includes locating a second insulator between the first and second conductive members.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 기저부를 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 제 1 기저부를 제 1 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분을 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고, 제 2 기저부를 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 제 2 기저부를 제 2 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분을 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, disposing the first base portion in electrical communication with the multiplexer includes disposing the first base portion in electrical communication with the multiplexer through a portion extending upwardly of the first base layer, The step of disposing the two base portions electrically connected to the multiplexer includes disposing the second base portion in electrical connection with the multiplexer through a portion extending upward of the second base layer.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 셀 스택을 제공하는 단계는, 제 1 셀 스택에 제 1 최대 두께를 제공하는 단계를 포함하고, 제 1 셀 스택을 제공하는 단계는 제 1 셀 스택에 제 1 최대 두께를 제공하는 단계를 포함하고, 제 1 최대 두께는 제 2 최대 두께보다 크다.In one or more embodiments, the step of providing a first cell stack includes providing a first maximum thickness to a first cell stack, wherein providing a first cell stack includes providing a first cell stack with a first Providing a maximum thickness, wherein the first maximum thickness is greater than the second maximum thickness.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 절연체를 위치시키는 단계는 제 1 기저부의 상부면에 수직인 제 1 측면, 제 2 측면, 및 제 3 측면의 부분들을 따라 제 1 절연체를 위치시키는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, positioning the first insulator includes positioning the first insulator along portions of the first side, the second side, and the third side perpendicular to the top surface of the first base portion .

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 절연체를 위치시키는 단계는 제 1 기저부의 상부면에 수직이 아닌 제 1 측면, 제 2 측면, 및 제 3 측면의 부분들을 따라 제 1 절연체를 위치시키는 단계를 포함한다In one or more embodiments, positioning the first insulator includes positioning the first insulator along portions of the first side, second side, and third side that are not perpendicular to the top side of the first base portion do

하나 이상의 실시예들에서, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법은 멀티플렉서와 함께 제 2 셀 스택과 제 1 셀 스택을 직렬로 연결하는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, a method of forming a solid state battery includes connecting a second cell stack and a first cell stack in series with a multiplexer.

하나 이상의 실시예들에서, 제 1 기저부를 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 1 기저부를 제 1 측면 연장부와 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 1 멀티플렉서 리드를 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고, 제 2 기저부를 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 2 기저부를 제 2 측면 연장부와 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 2 멀티플렉서 리드를 통해 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함한다.In one or more embodiments, disposing the first base portion in electrical communication with the multiplexer includes placing the first base portion in electrical communication with the multiplexer through a first multiplexer lead extending between the first side extension and the multiplexer Wherein placing the second base in electrical communication with the multiplexer comprises placing the second base in electrical communication with the multiplexer through a second multiplexer lead extending between the second side extension and the multiplexer .

본 발명은 개선된 고체 상태 배터리 및 고체 상태 배터리를 형성하는 방법을 제공한다.The present invention provides an improved solid state battery and a method of forming a solid state battery.

도 1은 다양한 비에너지들에 대해 배터리 중량과 차량 운행 범위 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 2는 다양한 리튬-기반 셀들의 비에너지 및 에너지 밀도의 차트를 도시하는 도면.
도 3은 계단형 형태에서 오프셋 기저층들을 포함하는 바이폴라 설계를 갖는 적층형 배터리의 간략화된 횡단면도.
도 4는 덴드라이트 형성을 금지하면서 동시에 애노드들의 휨을 허용하는 열들의 형태의 고체-전해질 구성 요소들과 함께 개방 셀 미세 구조화된 화합물 격리판을 갖는 격리판을 도시하는 도 3의 셀들 중 하나의 부분적인 측면 투시도.
도 5는 각이 진 형태의 오프셋 기저층들을 포함하는 바이폴라 설계를 갖는 적층형 배터리의 단순화된 횡단면도.
도 6은 기저층들 아래로 연장하는 멀티플렉서로부터 리드들을 갖는 계단형 형태의 오프셋 기저층들을 포함하는 바이폴라 설계를 갖는 적층형 배터리의 단순화된 횡단면도.
1 is a graph illustrating the relationship between battery weight and vehicle operating range for various specific energies;
Figure 2 shows a chart of specific energy and energy density of various lithium-based cells.
Figure 3 is a simplified cross-sectional view of a stacked battery with a bipolar design including offset base layers in a stepped configuration.
Figure 4 is a cross-sectional view of one of the cells of Figure 3 showing a separator with an open cell microstructured compound separator with solid-electrolyte components in the form of rows that allow bending of the anodes while inhibiting dendrite formation; Side perspective view.
Figure 5 is a simplified cross-sectional view of a stacked battery with a bipolar design that includes offset base layers in angled form.
Figure 6 is a simplified cross-sectional view of a stacked battery with a bipolar design including offset base layers in a stepped form with leads from a multiplexer extending below the base layers.

본 개시의 원리들의 이해를 촉진하기 위한 목적을 위해, 도면들에 도시되고 다음에 기재된 설명에 기술된 실시예들에 대해 참조가 지금 행해질 것이다. 그에 의해 본 개시의 범위에 대한 제한이 의도되지 않는 것이 이해된다. 본 개시는 도시된 실시예들에 대한 임의의 교체들 및 변경들을 포함하고 본 개시가 속하는 기술 분야의 숙련자에게 통상 떠오르는 본 개시의 원리들의 다른 적용들을 포함한다는 것이 또한 이해된다.For the purpose of promoting an understanding of the principles of the disclosure, reference will now be made to the embodiments illustrated in the drawings and described in the following description. It is understood that no limitation to the scope of the present disclosure is thereby intended. It is also understood that the present disclosure includes any permutations and modifications to the embodiments shown and includes other applications of the principles of the present disclosure that would normally occur to those skilled in the art to which this disclosure belongs.

도 3은 전기 화학 배터리(100)를 도시한다. 전기 화학 배터리(100)는 패키징(104) 또는 전기적으로 절연되어 있고 (선택적으로) 열전도성인 다른 주변 환경 내에서 다수의 셀들 또는 셀 스택들(102x)을 포함한다. 패키징(104)은 전기 화학 배터리(100)의 안전성을 개선한다.FIG. 3 shows an electrochemical battery 100. The electrochemical battery 100 includes a plurality of cells or cell stacks 102 x in a packaging 104 or other environment that is electrically isolated and (optionally) thermally conductive. The packaging 104 improves the safety of the electrochemical battery 100.

셀들(102x)의 각각은 애노드(106x), 격리판(108x), 및 캐소드(110x)를 포함한다. 일반적으로 금속, 예컨대 구리이고 집적 회로 또는 멀티플렉서(114)에 대한 피드스루뿐만 아니라 집전 장치의 역할을 할 수 있는 기저층(112x)은 애노드(106x)에 인접하고 애노드(106x)와 인접한 캐소드 사이에 위치된다. 예를 들면, 기저층(1121)은 애노드(1061)와 캐소드(1102) 사이에 위치된다.Each of the cells 102 x includes an anode 106 x , a separator 108 x , and a cathode 110 x . Typically, metals such as copper, and a cathode base layer (112 x), which can serve as a current collector as well as the feed-through for the integrated circuit or multiplexer 114, is adjacent to the anode (106 x) adjacent to the anode (106 x) . For example, the base layer 112 1 is positioned between the anode 106 1 and the cathode 110 2 .

멀티플렉서(114)는 패키징(104) 내에 도시되지만, 몇몇 실시예들에서, 멀티플렉서(114)는 패키징(104) 외부에 제공된다. 멀티플렉서(114)는 전기 리드들 사이에 절연 재료를 갖는 고체-상태 디바이스일 수 있다. 셀 스택의 각각의 단자에 접촉하는 멀티플렉서의 리드들은 리드들의 각각을 통해 전류를 모니터링 및 제어하기 위해 사용된 전기 회로에 대해 셀의 상부로 연장할 수 있다.Although the multiplexer 114 is shown in the packaging 104, in some embodiments, the multiplexer 114 is provided outside the packaging 104. [ The multiplexer 114 may be a solid-state device having an insulating material between the electrical leads. The leads of the multiplexer contacting each terminal of the cell stack may extend to the top of the cell for the electrical circuit used to monitor and control current through each of the leads.

애노드들(106x)은 리튬 금속 또는 리튬 합금 금속을 포함한다. 애노드들(106x)은 그들이 적어도 연관된 캐소드(110x)만큼의 용량, 바람직하게는 적어도 10% 초과 용량, 및 몇몇 실시예들에서 50%보다 큰 용량까지를 갖도록 제작된다.The anodes 106 x include a lithium metal or a lithium alloy metal. The anodes 106 x are fabricated such that they have at least as much capacity as the associated cathode 110 x , preferably at least 10% capacity, and in some embodiments up to 50% capacity.

다양한 실시예들에서 캐소드들(110x)은 황 또는 황-함유 재료(예를 들면, PAN-S 화합물 또는 Li2S); 공기 전극; Li-삽입 재료들, 예컨대 NCM, LiNi0 .5Mn1 .5O4, Li이 풍부한 계층적 산화물들, LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4; Li이 풍부한 NCM, NCA, 및 다른 Li 삽입 재료들, 또는 그의 혼합물들 또는 임의의 다른 활성 재료 또는 Li 양이온들 및/또는 전해질 음이온들과 반응 및/또는 그를 삽입하는 재료들의 혼합물을 포함한다. 캐소드들(110x)은 완전히 조밀할 수 있다. 캐소드들(110x)은 Li-전도성 폴리머, 세라믹 또는 다른 고체, 비폴리머 전해질을 포함할 수 있다. 캐소드 Li-삽입 재료들은 T. Ohtomo 외, Journal of Power Sources 233 (2013) 231-235에 기술되는 Li-삽입 재료들과 고체-전해질 사이에 이온들의 흐름을 개선하기 위해 LiNbO3와 같은 재료로 추가로 코팅될 수 있다. 캐소드들(110x)에서 고체-전해질 재료들은 리튬 전도성 가닛들, 리튬 전도성 황화물들(예를 들면, Li2S-P2S5) 또는 인산염들, Li3P, LIPON, Li-전도성 폴리머(예를 들면, PEO), 전체 내용이 여기에 참조로서 통합되는, Wiers 외, "A Solid Lithium Electrolyte via Addition of Lithium Isopropoxide to a Metal-Organic Framework with Open Metal Sites"(Journal of American Chemical Society, 2011, 133 (37), pp 14522-14525)에 의해 기술된 것과 같은 Li-전도성 금속-유기 프레임워크들, 티오-LISiCONs, Li-전도성 NaSICONs, Li10GeP2S12, 리튬 다황화인산염들, 또는 다른 고체 Li-전도성 재료를 추가로 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 고체-전해질 재료들은, 전체 내용들이 여기에 참조로서 통합된, Christensen 외, "A critical Review of Li/Air Batteries"(Journal of the Electrochemical Society 159(2) 2012)에 기술된다. 캐소드들(110x)에서 다른 재료들은 Li7 - xLa3TaxZr2 - xO12(0≤X≤2), 카본 블랙과 같은 전기적으로 전도성 첨가물들, 및 바인더 재료를 포함할 수 있다. 캐소드 재료들은 원하는 설계를 위해 충분한 전해질-캐소드 계면 면적을 허용하도록 설계된다.In various embodiments, the cathodes 110 x may comprise a sulfur or sulfur-containing material (e.g., a PAN-S compound or Li 2 S); An air electrode; Li- insertion materials, for example, NCM, LiNi 0 .5 Mn 1 .5 O 4, Li is rich in layered oxide, LiCoO 2, LiFePO 4, LiMn 2 O 4; Li-rich NCM, NCA, and other Li intercalation materials, or mixtures thereof or any other active materials or mixtures of materials that react with and / or insert Li anions and / or electrolyte anions. The cathodes 110 x can be completely dense. The cathodes 110 x may comprise Li-conductive polymers, ceramics or other solid, non-polymer electrolytes. Li- insertion cathode materials Ohtomo T. et al., Journal of Power Sources 233 (2013 ) the Li- insertion material to be described in the 231-235 and solid-added materials such as LiNbO 3 in order to improve the flow of ions between the electrolyte ≪ / RTI > The solid-electrolyte materials at the cathodes 110 x may be selected from the group consisting of lithium-conducting garnets, lithium-conducting sulfides (e.g., Li 2 SP 2 S 5 ) or phosphates, Li 3 P, LIPON, Li- PEO), Wiers et al., &Quot; A Solid Lithium Electrolyte via Addition of Lithium Isopropoxide to a Metal-Organic Framework with Open Metal Sites ", Journal of the American Chemical Society, 2011, 133 Conductive metal-organic frameworks such as TiO2-LiSiCONs, Li-conductive NaSICONs, Li 10 GeP 2 S 12 , lithium polysulfide phosphates, or other solid Li - It may further comprise a conductive material. Other solid-electrolyte materials that may be used are described in Christensen et al., "A Critical Review of Li / Air Batteries" (Journal of the Electrochemical Society 159 (2) 2012), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Other materials in the cathodes 110 x may include electrically conductive additives such as Li 7 - x La 3 Ta x Zr 2 - x O 12 (0 ? X? 2 ), carbon black, and binder materials . The cathode materials are designed to allow sufficient electrolyte-cathode interface area for the desired design.

몇몇 실시예들에서, 격리판들(108x)은 애노드들(106x)과 캐소드들(110x) 사이에 리튬 이온들을 전도시키면서 전자들을 차단하는 미세 구조화된 화합물 격리판들이다. 예를 들면, 도 4는 애노드(1061)에 인접한 층(120) 및 캐소드(1101)에 인접한 층(122)을 포함하는 셀(1021)의 부분적인 투시도를 도시한다. 집전 장치(124)는 또한 알루미늄으로 만들어질 수 있고 몇몇 실시예들에서 제공되는 것이 또한 도시되고, 그래파이트와 같이 전기적으로 전도성이지만 화학적으로 불활성 재료의 층에 의해 인접한 기저층(112x)으로부터 분리될 수 있다. 열들(126)의 형태의 다수의 고체-전해질 구성 요소들은 그 사이에 미세 구조 캐비티들(128)을 규정하는 층(120)과 층(122) 사이에 연장한다.In some embodiments, separators 108 x are microstructured compound separators that conduct electrons between the anodes 106 x and cathodes 110 x while blocking electrons. For example, FIG. 4 illustrates a partial perspective view of a cell 102 1 including a layer 120 adjacent to the anode 106 1 and a layer 122 adjacent to the cathode 110 1 . The current collector 124 can also be made of aluminum and is also shown provided in some embodiments and can be separated from the adjacent base layer 112 x by a layer of electrically conductive but chemically inert material such as graphite have. A plurality of solid-electrolyte components in the form of columns 126 extend between layer 120 and layer 122 defining microstructure cavities 128 therebetween.

따라서, 미세 구조 화합물 격리판(108x)은 충분한 이온 수송(즉, 충분히 높은 체적 비율의 전도성 재료를 제공함으로써 및 애노드와 캐소드 사이에 구조의 두께를 제한함으로써)을 제공하고 애노드(106x)에서 리튬 덴드라이트들의 형성 및 성장을 억제하기 위해 기계적 저항성을 제공하는 규칙적으로 이격된 고체-전해질 구성 요소들(126)로 구성된다. 도 4의 실시예에서, 고체-전해질 구성 요소들(108x)은 전극들의 체적 변경을 수용하도록 가요성이다.Thus, the microstructure compound separator 108 x provides sufficient ion transport (i.e., by providing a sufficiently high volume percentage of the conductive material and by limiting the thickness of the structure between the anode and the cathode) and from the anode 106 x And consist of regularly spaced solid-electrolyte components 126 that provide mechanical resistance to inhibit the formation and growth of lithium dendrites. In the embodiment of Figure 4, the solid-electrolyte components 108 x are flexible to accommodate volume changes of the electrodes.

세 개의 열들(126)이 도 4에 도시되었지만, 다른 실시예들에서 더 많거나 더 적은 고체-전해질 구성 요소들이 존재한다. 다른 실시예들에서, 고체-전해질 구성 요소들은 다른 형태들로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 미세 구조 캐비티들(128)은 원하는 가요성을 제공하기 위해 및/또는 그와 다르게 미세 구조 화합물 격리판의 기계적 속성들을 변경하기 위해 상이한 구성물들로 채워질 수 있다. 미세 구조 화합물 격리판(108x)에 관한 더 많은 세부 사항들, 및 다른 대안적인 격리판 구성들은, 전체 내용들이 참조로서 여기에 통합되는, 2014년 8월 15일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제 14/406,798 호에서 제공된다.Although three columns 126 are shown in Figure 4, there are more or fewer solid-electrolyte components in other embodiments. In other embodiments, the solid-electrolyte components can be configured in other forms. In some embodiments, the microstructure cavities 128 may be filled with different components to provide the desired flexibility and / or otherwise alter the mechanical properties of the microstructure compound separator. Further details regarding the microstructured compound separator 108 x and other alternative separator arrangements can be found in US patent application Ser. No. 08 / 398,995, filed August 15, 2014, which is incorporated herein by reference in its entirety. 14 / 406,798.

도 3의 바이폴라 설계에서 셀들(102x)을 적층함으로써, 배터리(100)의 동작 전압은 원하는 전압으로 변경될 수 있다. 예로서, 각각의 셀(102x)이 ~4 V의 동작 전압을 갖는 경우, 100 개의 셀들(102x)이 ~400 V의 동작 전압을 갖는 디바이스를 제작하기 위해 적층될 수 있다. 이러한 방식으로, 주어진 전력이 달성될 수 있으면서 셀들(102x)의 각각을 통해 낮은 전류를 전달한다. 따라서, 셀들(102x)의 배선은 작은 직경 전기 전도체들로 달성될 수 있으면서 높은 에너지 효율을 유지한다. 따라서, 배터리(100)는 5 V보다 크고, 몇몇 실시예들에서 50 V보다 큰 동작 전압을 제공한다.By stacking the cells 102 x in the bipolar design of FIG. 3, the operating voltage of the battery 100 can be changed to a desired voltage. For example, if each cell 102 x has an operating voltage of ~ 4 V, then 100 cells 102 x may be stacked to produce a device with an operating voltage of ~ 400 V. [ In this manner, a given power can be achieved while delivering a low current through each of the cells 102 x . Thus, the wiring of the cells 102 x can be achieved with small diameter electrical conductors while maintaining high energy efficiency. Thus, the battery 100 is greater than 5V, and in some embodiments provides an operating voltage greater than 50V.

도 3으로 돌아가서, 전기 화학 배터리(100)는 복수의 절연체들(130x)을 추가로 포함한다. 절연체들(130x)은 위쪽으로 연장하는 기저층(112x)으로부터 셀들(102x)을 절연시킨다. 기저층들(112x) 및 절연체들(130x)의 위쪽으로 연장하는 부분들에 대해 충분한 공간을 제공하기 위해, 셀들(102x)은 "오프셋"이다. 상기에 사용된 바와 같이, "오프셋"은 도 3에 도시되는 셀(102x)의 적어도 하나의 측면상에 연관된 애노드(106x), 격리판(108x), 및 캐소드(110x)보다 큰 측면 범위(도 3의 배향에 대하여)를 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들면, 셀(1022)에 대한 오프셋은 오프셋(1402)으로서 식별된다.Returning to Fig. 3, the electrochemical battery 100 further includes a plurality of insulators 130 x . The insulators 130 x insulate the cells 102 x from the upwardly extending base layer 112 x . In order to provide enough space for the portion extending to the top of the base layer (112 x) and the insulator (130 x), the cells (102 x) is the "offset". As used above, "offset" is the anode (106 x) is associated on at least one side of the cell (102 x) shown in Figure 3, the separator (108 x), and the cathode is greater than (110 x) (Relative to the orientation of FIG. 3). For example, the offset for cell 102 2 is identified as offset 140 2 .

도 3의 실시예에서 "계단-끝" 형태인 오프셋(140x)은 고전압 스택을 포함하는 셀 샌드위치들의 독립적인 모니터링 및 제어를 허용한다. 오프셋 형태에서, 각각의 셀 샌드위치 또는 셀 샌드위치들의 그룹의 양의 단자 및/또는 음의 단자는 노출되고 멀티플렉서 또는 멀티채널 회로에 의해 전기적으로 접촉될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단지 하나의 단자가 노출되고; 다른 것들에서 두 단자들이 노출되고; 또 다른 것들에서 전기적 전도성 바이폴라 플레이트가 노출된다. 바람직하게는, 스택의 형태는 오프셋이 각각의 애노드(106x), 격리판(108x), 및 캐소드(110x)의 두께(t)보다 크다.In the embodiment of FIG. 3, the "step-end" offset (140 x ) allows for independent monitoring and control of the cell sandwiches including the high voltage stack. In the offset form, the positive terminal and / or negative terminal of each cell sandwich or group of cell sandwiches may be exposed and electrically contacted by a multiplexer or a multi-channel circuit. In some embodiments, only one terminal is exposed; Two terminals are exposed in others; In others, electrically conductive bipolar plates are exposed. Preferably, the shape of the stack is larger than the thickness t of the anode 106 x , the separator 108 x , and the cathode 110 x, respectively.

오프셋(104x)은 측면보다 위로부터 각각의 셀(102x)에 대한 접속을 제공한다. 이러한 형태의 접속은 달성하기 쉽다. 예를 들면, 주어진 셀(102x)은 단지 2 내지 5 미크론 두께일 수 있지만, 단차들 또는 오프셋들(140x)은 10 미크론의 길이를 가질 수 있다. 100 개의 셀 샌드위치들로 구성된 셀 스택에 대하여, 오프셋들(140x)의 총 길이는 약 1 ㎜이다. 따라서, 셀 면적이 10 ㎝ x 10 ㎝인 경우, 최상부 셀 샌드위치와 최하부 셀 샌드위치 사이의 면적의 차이는 단지 1%이다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 셀들(102x)의 길이들에서 차이는 셀들(102x)의 각각의 총 용량이 동일하도록 상이한 두께를 갖는 전극 영역들을 제작함으로써 보상된다.Offset (104 x) is from above the side service access for each cell (102 x). This type of connection is easy to achieve. For example, a given cell 102 x may be only 2 to 5 microns thick, but the steps or offsets 140 x may have a length of 10 microns. For a cell stack consisting of 100 cell sandwiches, the total length of the offsets 140 x is about 1 mm. Thus, when the cell area is 10 cm x 10 cm, the difference in area between the top cell sandwich and the bottom cell sandwich is only 1%. In some embodiments, the difference in the lengths of the individual cells 102 x is compensated by making electrode regions having different thicknesses such that the total capacity of each of the cells 102 x is the same.

따라서, 여기에 기술된 실시예들은 개별적으로 또는 직렬 연결된 셀들의 그룹들로 셀들(102x)의 모니터링 및 제어를 제공한다. 이는, 예를 들면, 능동 및/또는 수동 셀 밸런싱뿐만 아니라 결함 있는 셀을 바이패싱하는 것을 허용한다. 능동 셀 밸린싱은 하나 이상의 셀들(102x) 또는 셀들(102x)의 그룹들을 충전하면서 동시에 하나 이상의 다른 셀들(102x) 및 셀들(102x)의 그룹들을 방전하는 것을 포함해서, 에너지가 방전된 셀들(102x)로부터 충전된 셀들(102x)로 흐른다. 수동 셀 밸런싱은 분로의 사용을 포함해서 완전히 충된되거나 완전히 방전될 것으로 생각되는 셀(102x)이 바이패스될 수 있다.Thus, the embodiments described herein provide monitoring and control of cells 102 x with groups of individually or series connected cells. This allows, for example, active and / or passive cell balancing as well as bypassing the defective cell. Active cell valve by rinsing is included to discharge the group of one or more cells (102 x) or cells (102 x) while charging the group of one or more other cells at the same time the (102 x), and cells (102 x), the energy is discharged, Lt; RTI ID = 0.0 > 102x < / RTI > Passive cell balancing can be bypassed, such as the cell 102 x , which is believed to be fully charged or fully discharged, including the use of shunts.

오프셋(104x)은 계단형 형태로 도시되지만, 다른 구성들이 다른 실시예들에서 사용된다. 예로서, 도 5는 패키징(204) 및 다수의 셀들(202x)을 포함하는 배터리(200)를 도시하고, 다수의 셀들의 각각은 애노드들(206x), 격리판들(208x), 캐소드들(210x), 및 기저층들(212x)을 포함하는 셀들(102x)과 실질적으로 동일하다. 셀들(202x)은 멀티플렉서(214)에 접속되고 격리판들(230x)은 셀들(202x)의 단부들에 제공된다.Offset (104 x), but is shown as a step-like form, other configurations are used in other embodiments. 5 illustrates a battery 200 including a packaging 204 and a plurality of cells 202 x each of which includes anodes 206 x , separators 208 x , substantially the same as the cathodes (210 x), and the base layer of cells (x 102), including (212 x) it is. The cells 202 x are connected to the multiplexer 214 and the separators 230 x are provided at the ends of the cells 202 x .

셀들(102x)과 셀들(202x) 사이의 주요 차이점은 애노드들(206x), 격리판들(208x), 오프셋들(240x)에 인접한 캐소드들(210x)의 단부들은 각이 있고, 그에 의해 셀들(202x)에 대한 접속을 더 단순하게 만들 수 있는 "각이 있는" 형태를 제공한다는 것이다.Ends are each of the cells (102 x) and cells (202 x) The main difference between the anode (206 x), isolation plates (208 x), cathodes (210 x) adjacent to the offsets (240 x) is , Thereby providing a "angled" form that can make the connection to the cells 202 x simpler.

도 6은 패키징(254) 및 다수의 셀들(252x)을 포함하는 배터리(250)를 도시하고, 다수의 셀들의 각각은 애노드들(256x), 격리판들(258x), 캐소드들(260x), 및 기저층들(262x)을 포함하는 셀들(102x)과 실질적으로 동일하다. 셀들(252x)은 멀티플렉서(264)에 접속되고, 절연체들(266x)은 셀들(250x)의 단부들에 위치된다. 배터리(250)와 배터리(100) 사이의 주요 차이점은 멀티플렉서(264)가 기저층들(262x)로 아래쪽으로 연장하는 리드들(268)을 포함하는 것이다.Figure 6 illustrates a battery 250 that includes a packaging 254 and a plurality of cells 252 x , each of which includes anodes 256 x , separators 258 x , 260 x ), and cells (102 x ) comprising base layers 262 x . Cells 252 x are connected to multiplexer 264 and insulators 266 x are located at the ends of cells 250 x . The main difference between the battery 250 and the battery 100 is that the multiplexer 264 includes leads 268 extending downward into the base layers 262 x .

상기 기술된 실시예들은 직렬로 접속된 많은 셀 샌드위치들에 의해 인에이블되고 동일한 패키지 내에 포함되는 높은 동작 전압을 갖는 고체-상태 배터리, 셀, 또는 셀 스택에 제공한다. 몇몇 실시예들에서 셀 스택은 각각의 셀 샌드위치에 대해 독립적인 전기 접촉을 가능하게 하기 위해 적어도 하나의 에지상에 계단 구조를 갖는다. 따라서, 개별적인 셀 샌드위치들은 독립적으로 바이패스되거나 모니터링되고 제어될 수 있고, 수동 및 능동 셀 샌드위치 밸런싱 둘 모두가 인에이블될 수 있다.The embodiments described above provide a solid-state battery, cell, or cell stack having a high operating voltage that is enabled by a number of cell sandwiches connected in series and included in the same package. In some embodiments, the cell stack has a stepped structure on at least one edge to enable independent electrical contact for each cell sandwich. Thus, individual cell sandwiches can be independently bypassed, monitored and controlled, and both passive and active cell sandwich balancing can be enabled.

따라서, 상기 기술된 실시예들은 직렬로 적층된 다수의 셀 샌드위치들 및 셀 스택을 둘러싸는 전기적 절연 재료 또는 매체에 의해 인에이블되거나 또는 셀 패키지로 통합되는 높은 전압을 갖는 안전한 에너지-저장 시스템을 제공한다.Thus, the embodiments described above provide a secure energy-storage system with a high voltage that is enabled or integrated by an electrically insulating material or medium surrounding a plurality of serially stacked cell sandwiches and cell stacks do.

몇몇 실시예들에서 오프셋 설계는 각각의 셀 샌드위치의 독립적인 모니터링 및 제어, 결함 있는 셀 샌드위치들의 바이패싱, 능동 및/또는 수동 셀 밸런싱을 인에이블한다.In some embodiments, the offset design enables independent monitoring and control of each cell sandwich, bypassing of defective cell sandwiches, active and / or manual cell balancing.

본 개시는 도면들 및 전술한 기술에서 상세히 도시 및 기술되었지만, 동일물은 예시적이고 특성에서 제한적인 것이 아닌 것으로 생각되어야 한다. 바람직한 실시예들만이 제시되었고, 본 개시의 정신 내에 있는 모든 변경들, 변형들 및 다른 적용들이 보호되는 것이 요망된다는 것이 이해될 것이다.While this disclosure has been shown and described in detail in the drawings and foregoing description, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not intended to be limiting of the nature. It is to be understood that only the preferred embodiments have been suggested and that all changes, modifications and other applications that are within the spirit of the disclosure are desired to be protected.

100 : 전기 화학 배터리 102x : 셀들
104 : 패키징 106x : 애노드
108x : 격리판 110x : 캐소드
112x : 기저층 114 : 멀티플렉서
130x : 절연체들 140x : 오프셋
100: electrochemical battery 102x: cells
104: packaging 106 x : anode
108 x : separator 110 x : cathode
112 x : base layer 114: multiplexer
130 x : insulators 140 x : offset

Claims (18)

고체 상태 배터리에 있어서,
제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택;
상기 제 1 애노드 바로 아래에 위치된 제 1 기저부를 포함하고, 상기 제 1 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 1 측면 연장부를 포함하는 제 1 기저층;
제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 상기 제 1 기저층 아래의 제 2 셀 스택;
상기 제 2 애노드 바로 아래에 위치된 제 2 기저부를 포함하고, 상기 제 2 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 2 측면 연장부를 포함하는 제 2 기저층으로서, 상기 제 2 기저부는 상기 제 1 측면 연장부를 넘어서 측면으로 연장하는, 상기 제 2 기저층;
(ⅰ) 상기 제 1 측면 연장부를 통해 상기 제 1 기저부와 전기적으로 연결(electrical communication)되고, (ⅱ) 상기 제 2 측면 연장부를 통해 상기 제 2 기저부와 전기적으로 연결되는, 멀티플렉서;
상기 제 1 기저부 위에 위치되고 상기 제 1 애노드의 제 1 측면, 상기 제 1 캐소드의 제 2 측면, 및 상기 제 1 격리판의 제 3 측면을 따라 연장하는 제 1 절연체;
상기 제 2 기저부 위에 위치되고 상기 제 2 애노드의 제 4 측면, 상기 제 2 캐소드의 제 5 측면, 및 상기 제 2 격리판의 제 6 측면을 따라 연장하는 제 2 절연체;
상기 제 1 측면 연장부로부터 위쪽으로 연장하는 제 1 전도성 부재; 및
상기 제 2 측면 연장부로부터 위쪽으로 연장하는 제 2 전도성 부재를 포함하고,
상기 멀티플렉서는 상기 제 1 측면 연장부 및 상기 제 1 전도성 부재를 통해 상기 제 1 기저부와 전기적으로 연결되고,
상기 멀티플렉서는 상기 제 2 측면 연장부 및 상기 제 2 전도성 부재를 통해 상기 제 2 기저부와 전기적으로 연결되고,
상기 제 2 절연체는 상기 제 1 전도성 부재와 상기 제 2 전도성 부재 사이에 위치되는, 고체 상태 배터리.
In a solid state battery,
A first cell stack comprising a first solid-electrolyte separator positioned between a first cathode and a first anode;
A first base layer comprising a first base extending below said first anode and extending laterally beyond said first anode;
A second cell stack below said first base layer, said second cell stack comprising a second solid-electrolyte separator positioned between said second cathode and said second anode;
A second base layer comprising a second base portion located beneath said second anode and including a second side extension extending laterally beyond said second anode, said second base portion extending beyond said first side extension Said second base layer extending laterally;
(I) in electrical communication with the first base through the first side extension, and (ii) electrically coupled to the second base through the second side extension;
A first insulator located above the first base and extending along a first side of the first anode, a second side of the first cathode, and a third side of the first separator;
A second insulator located over the second base and extending along a fourth side of the second anode, a fifth side of the second cathode, and a sixth side of the second isolation plate;
A first conductive member extending upwardly from the first side extension; And
And a second conductive member extending upwardly from the second side extension,
Wherein the multiplexer is electrically connected to the first base via the first side extension and the first conductive member,
Wherein the multiplexer is electrically connected to the second base via the second side extension and the second conductive member,
And the second insulator is positioned between the first conductive member and the second conductive member.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전도성 부재는 상기 제 1 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분이고,
상기 제 2 전도성 부재는 상기 제 2 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분인, 고체 상태 배터리.
The method according to claim 1,
The first conductive member is a portion extending upward of the first base layer,
And the second conductive member is a portion extending upward of the second base layer.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전도성 부재는 제 1 멀티플렉서 리드이고,
상기 제 2 전도성 부재는 제 2 멀티플렉서 리드인, 고체 상태 배터리.
The method according to claim 1,
The first conductive member is a first multiplexer lead,
And the second conductive member is a second multiplexer lead.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 셀 스택은 제 1 최대 두께를 갖고;
상기 제 2 셀 스택은 제 2 최대 두께를 갖고;
상기 제 1 최대 두께는 상기 제 2 최대 두께보다 큰, 고체 상태 배터리.
The method according to claim 1,
The first cell stack having a first maximum thickness;
The second cell stack has a second maximum thickness;
Wherein the first maximum thickness is greater than the second maximum thickness.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 측면, 상기 제 2 측면, 및 상기 제 3 측면은 상기 제 1 기저부의 상부면에 수직인, 고체 상태 배터리.
The method according to claim 1,
Wherein the first side, the second side, and the third side are perpendicular to an upper surface of the first base.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 측면, 상기 제 2 측면, 및 상기 제 3 측면은 상기 제 1 기저부의 상부면에 수직이 아닌, 고체 상태 배터리.
The method according to claim 1,
Wherein the first side, the second side, and the third side are not perpendicular to the upper surface of the first base.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 셀 스택은 상기 제 2 셀 스택과 직렬로 연결되는, 고체 상태 배터리.
The method according to claim 1,
Wherein the first cell stack is connected in series with the second cell stack.
고체 상태 배터리를 형성하는 방법에 있어서,
제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택을 제공하는 단계;
상기 제 1 애노드 바로 아래에 제 1 기저층의 제 1 기저부를 위치시키는 단계로서, 상기 제 1 기저층은 상기 제 1 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 1 측면 연장부를 포함하는, 상기 제 1 기저층의 제 1 기저부를 위치시키는 단계;
제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택을 제공하는 단계;
상기 제 2 애노드 바로 아래에 제 2 기저층의 제 2 기저부를 위치시키는 단계로서, 상기 제 2 기저층은 상기 제 2 애노드를 넘어서 측면으로 연장하는 제 2 측면 연장부를 포함해서, 상기 제 2 기저부는 상기 제 1 측면 연장부 아래에서 상기 제 1 측면 연장부를 넘어서 측면으로 연장하는, 상기 제 2 기저층의 제 2 기저부를 위치시키는 단계;
상기 제 1 기저부를 상기 제 1 측면 연장부를 통해 상기 제 1 측면 연장부 위에 위치된 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계;
상기 제 2 기저부를 상기 제 2 측면 연장부를 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계;
상기 제 1 기저부 위에서, 상기 제 1 애노드의 제 1 측면, 상기 제 1 캐소드의 제 2 측면, 및 상기 제 1 격리판의 제 3 측면을 따라 제 1 절연체를 위치시키는 단계; 및
상기 제 2 기저부 위에서, 상기 제 2 애노드의 제 4 측면, 상기 제 2 캐소드의 제 5 측면, 및 상기 제 2 격리판의 제 6 측면을 따라 제 2 절연체를 위치시키는 단계를 포함하고,
상기 제 1 기저부를 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 1 기저부를 상기 제 1 측면 연장부와 상기 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 1 전도성 부재를 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 기저부를 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 2 기저부를 상기 제 2 측면 연장부와 상기 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 2 전도성 부재를 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 절연체를 위치시키는 단계는 상기 제 1 전도성 부재와 상기 제 2 전도성 부재 사이에 상기 제 2 절연체를 위치시키는 단계를 포함하고,
상기 제 1 기저부를 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 1 기저부를 상기 제 1 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분을 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 기저부를 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 2 기저부를 상기 제 2 기저층의 위쪽으로 연장하는 부분을 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하는, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
A method of forming a solid state battery,
Providing a first cell stack comprising a first solid-electrolyte separator positioned between a first cathode and a first anode;
Positioning a first base portion of a first base layer directly below the first anode wherein the first base layer includes a first side extension extending laterally beyond the first anode, Positioning a base;
Providing a second cell stack comprising a second solid-electrolyte separator positioned between the second cathode and the second anode;
Positioning a second base portion of a second base layer directly beneath the second anode, wherein the second base layer includes a second side extension extending laterally beyond the second anode, Positioning a second base of the second base layer extending laterally beyond the first side extension below the first side extension;
Disposing the first base portion in electrical communication with the multiplexer positioned over the first side extension through the first side extension;
Disposing the second base portion in electrical communication with the multiplexer through the second side extension;
Placing a first insulator on the first base, along a first side of the first anode, a second side of the first cathode, and a third side of the first separator; And
Placing a second insulator along the second base and along a fourth side of the second anode, a fifth side of the second cathode, and a sixth side of the second separator,
Wherein disposing the first base portion in electrical communication with the multiplexer includes placing the first base portion in electrical communication with the multiplexer through a first conductive member extending between the first side extension and the multiplexer Lt; / RTI >
Wherein disposing the second base portion in electrical communication with the multiplexer includes placing the second base portion in electrical communication with the multiplexer through a second conductive member extending between the second side extension and the multiplexer Lt; / RTI >
Wherein positioning the second insulator includes positioning the second insulator between the first conductive member and the second conductive member,
Wherein disposing the first base portion in electrical connection with the multiplexer includes disposing the first base portion in electrical connection with the multiplexer through a portion extending upwardly of the first base layer,
Wherein disposing the second base portion in electrical communication with the multiplexer includes disposing the second base portion in electrical communication with the multiplexer through a portion extending upwardly of the second base layer, ≪ / RTI >
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 셀 스택을 제공하는 단계는 상기 제 1 셀 스택에 제 1 최대 두께를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 셀 스택을 제공하는 단계는 상기 제 1 셀 스택에 제 1 최대 두께를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 최대 두께는 상기 제 2 최대 두께보다 큰, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein providing the first cell stack includes providing a first maximum thickness to the first cell stack,
Wherein providing the first cell stack includes providing a first maximum thickness to the first cell stack,
Wherein the first maximum thickness is greater than the second maximum thickness.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 절연체를 위치시키는 단계는 상기 제 1 기저부의 상부면에 수직인 상기 제 1 측면, 상기 제 2 측면, 및 상기 제 3 측면의 부분들을 따라 상기 제 1 절연체를 위치시키는 단계를 포함하는, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein positioning the first insulator comprises positioning the first insulator along portions of the first side, the second side, and the third side perpendicular to a top surface of the first base. A method of forming a solid state battery.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 절연체를 위치시키는 단계는 상기 제 1 기저부의 상부면에 수직이 아닌 상기 제 1 측면, 상기 제 2 측면, 및 상기 제 3 측면의 부분들을 따라 상기 제 1 절연체를 위치시키는 단계를 포함하는, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein positioning the first insulator includes positioning the first insulator along portions of the first side, the second side, and the third side that are not perpendicular to the top surface of the first base portion , A method of forming a solid state battery.
제 10 항에 있어서,
상기 멀티플렉서와 함께 상기 제 2 셀 스택과 상기 제 1 셀 스택을 직렬로 연결하는 단계를 추가로 포함하는, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
11. The method of claim 10,
Further comprising the step of connecting said second cell stack and said first cell stack in series with said multiplexer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 기저부를 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 1 기저부를 상기 제 1 측면 연장부와 상기 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 1 멀티플렉서 리드를 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 기저부를 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계는 상기 제 2 기저부를 상기 제 2 측면 연장부와 상기 멀티플렉서 사이에 연장하는 제 2 멀티플렉서 리드를 통해 상기 멀티플렉서와 전기적으로 연결되게 배치하는 단계를 포함하는, 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein disposing the first base portion in electrical communication with the multiplexer includes placing the first base portion in electrical communication with the multiplexer through a first multiplexer lead extending between the first side extension and the multiplexer Lt; / RTI >
Wherein disposing the second base portion in electrical communication with the multiplexer includes placing the second base portion in electrical communication with the multiplexer through a second multiplexer lead extending between the second side extension and the multiplexer ≪ / RTI >
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12094721B2 (en) 2018-01-05 2024-09-17 University Of Maryland, College Park Multi-layer solid-state devices and methods for forming the same
KR20200101473A (en) * 2018-01-16 2020-08-27 프린티드 에너지 피티와이 리미티드 Thin film-based energy storage device
US12074277B2 (en) * 2018-11-30 2024-08-27 Tdk Corporation All-solid-state battery
JP7378097B2 (en) * 2019-03-12 2023-11-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 laminated battery
WO2020183794A1 (en) * 2019-03-12 2020-09-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 Laminated battery

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006139994A (en) * 2004-11-11 2006-06-01 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4016481B2 (en) * 1998-05-14 2007-12-05 ソニー株式会社 Solid electrolyte battery
JP2003282142A (en) 2002-03-26 2003-10-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thin film laminate, thin film battery, capacitor, and manufacturing method and device of thin film laminate
JP2004087238A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Nissan Motor Co Ltd Layer built cell
JP2009266589A (en) 2008-04-24 2009-11-12 Toyota Motor Corp Solid lithium secondary battery and method of manufacturing the same
WO2010064288A1 (en) 2008-12-01 2010-06-10 トヨタ自動車株式会社 Solid electrolyte battery, vehicle, battery-mounted apparatus, and method for production of solid electrolyte battery
JP2011049155A (en) * 2009-07-30 2011-03-10 Sanyo Electric Co Ltd Battery system and electric vehicle including the same
CN102097646A (en) * 2009-10-30 2011-06-15 三洋电机株式会社 Battery module, battery system and electric vehicle including the same
JP5644857B2 (en) 2010-08-09 2014-12-24 株式会社村田製作所 Stacked solid battery
JP2012221580A (en) 2011-04-04 2012-11-12 Toyota Motor Corp Solid-state battery
US9425459B2 (en) 2011-12-15 2016-08-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrode for solid-state batteries and method of preparing the electrode, solid-state battery containing the electrode, and bonding film used for preparing the electrode
US10020482B2 (en) 2013-08-17 2018-07-10 Robert Bosch Gmbh Li/metal battery with microstructured solid electrolyte

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006139994A (en) * 2004-11-11 2006-06-01 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery

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